Lista de Exercícios sobre Ondas II - Física Básica II

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS INSTITUTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA Departamento de Física Disciplina Física Básica II Lista de Exercícios ONDAS II Perguntas 1 Na figura 1 três tubos longos A B C estão cheios de gases submetidos a pres sões diferentes A razão entre o módulo de elasticidade volumétrico e a massa es pecífica está indicada para cada gás em termos de um valor de referência B0ρ0 Cada tubo possui um êmbolo na extre midade esquerda que pode produzir um pulso no tubo Os três pulsos são produ zidos simultaneamente Ordene os tubos de acordo com o tempo de chegada dos pulsos na extremidade direita aberta dos tubos em ordem crescente Figura 1 Pergunta 1 2 Na Figura 2 duas fontes pontuais S1e S2 que estão em fase emitem ondas sonoras iguais de comprimento de onda 2 m Em termos de comprimentos de onda qual é a diferença de fase entre as ondas que chegam ao ponto P se a L1 38 m e L2 34 m b L1 39 m e L2 36 m c Supondo que a distância entre as fon tes é muito menor que L1e L2 que tipo de interferência ocorre em P nas situa ções a e b Figura 2 Pergunta 2 3 Quatro das seis frequências dos harmôni cos abaixo de 1000 Hz de um certo tubo são 300 600 750 e 900 Hz Quais são as duas frequências que estão faltando na lista 4 A figura 3 mostra uma fonte S em mo vimento que emite sons com uma certa frequência e quatro detectores de som estacionários Ordene os detectores de acordo com a frequência do som que de tectam da maior para a menor Figura 3 Pergunta 4 Problemas 1 Quando a porta da Capela do Mauso léu em Hamilton Escócia é fechada o último eco ouvido por uma pessoa que está atrás da porta no interior da capela ocorre 15 s depois a Se esse eco se de vesse a uma única reflexão em uma pa rede em frente à porta a que distância da porta estaria essa parede b Como a parede na verdade está a 257 m de dis tância a quantos reflexões para a frente e para trás corresponde o último eco 2 Qual é o modulo de elasticidade volumé trico do oxigênio se 32 g de oxigênio ocu pam 224 L e a velocidade do som no oxi gênio é 317ms 1 3 Uma pedra é jogada em um poço O som produzido pela pedra ao se chocar com a água é ouvido 3s depois Qual é a pro fundidade do poço 4 Os terremotos geram ondas sonoras no interior da Terra Ao contrário de um gás a Terra pode transmitir tanto ondas trans versais S como ondas longitudinais P A velocidade das ondas S é da ordem de 45kms e a das ondas P é da ordem de 80kms Um sismógrafo registra as on das P e S de um terremoto As primeiras ondas P chegam 3mim antes das primei ras ondas S Se as ondas se propagam em linha reta a que distância ocorreu o ter remoto 5 A pressão de uma onda sonora pre gressiva é dada pela equação p 1 5Pa sin π0 9m1x 315s1t De termine a a amplitude b a frequên cia c o comprimento de onda e d a velocidade da onda 6 Se a forma de uma onda sonora que se propaga no ar é sx t 6nm coskx 3000radstφ quanto tempo uma mo lécula de ar no caminho da onda leva para se mover entre os deslocamentos s 2 nm e s 2 nm 7 Duas ondas sonoras produzidas por duas fontes diferentes de mesma frequência 540 Hz se propagam na mesma direção e no mesmo sentido a 330 ms As fontes estão em fase Qual é a diferença de fase das ondas em um ponto que está a 4 4 m de uma fonte e 4 m da outra 8 A figura 4 mostra duas fontes sonoras pontuais isotrópicas S1 e S2 As fontes que emitem ondas em fase de compri mento de onda λ 0 5 m estão sepa radas por uma distância D 1 75 m Se um detector é deslocado ao longo de uma grande circunferência cujo raio é o ponto médio entre as fontes em quantos pon tos as ondas chegam no detector a em fase e b com fases opostas Figura 4 Problema 8 9 Uma fonte emite ondas sonoras isotropi camente A intensidade das ondas a 250 m da fonte é 1 91104 Wm2 Supondo que a energia da onda é conservada en contre a potência da fonte 10 Aumentase o nível sonoro de uma certa fonte sonora por 300 dB De que múlti plo aumenta a a sua intensidade e b a sua amplitude de pressão 11 Duas fontes sonoras A e B na atmosfera emitem isotropicamente com uma potên cia constante Os níveis sonoros β de suas emissões são mostrados nos gráficos na Figura 5 versus a distância r a partir das fontes Quais são a a diferença entre seus níveis sonoros em r 10 m e b a razão entre a maior e a menor potência Na Figura β1 85 dB e β2 65 dB Figura 5 Problema 11 12 a Encontre a velocidade das ondas numa corda de violino de massa 800 mg e comprimento 220 cm se a frequência fundamentel é 920 Hz b Qual é a ten são na corda Para o modo fundamen tal qual é o comprimento de onda c das ondas na corda e d das ondas sonoras emitidas pela corda 13 Um poço com laterais verticais e com água no fundo ressoa em 700 Hz e em nenhuma outra frequência mais baixa O ar no poço possui uma densidade de 110 kgm3 e um módulo de elasticidade volu métrica de 1 33 105 Pa A que profun didade se encontra a superficie da água A porção do poço cheia de ar atua como um tubo com uma extremidade aberta e uma extermidade fechada 2 14 Uma corda de violino de 300 cm de comprimento com densidade linear de 0650 gm é colocada proxima a um alto falante alimentado por um oscilador de áudio de frequência variável Observa se que a corda entra em oscilação ape nas nas frequências 880 Hz e 1320 Hz quando a frequência do oscilador de áu dio é variada no intervalo de 500 Hz a 1500 Hz Qual é a tensão na corda 15 Um diapasão de frequência desconhecida produz 3 batimentos com um segundo diapasãopadrão com frequência de 384 Hz A frequência de batimento diminui quando um pequeno pedaço de cera é co locado em um dos braços do primeiro di apasão Qual é a frequência desse diapa são 16 Duas cordas de piano têm um frequência fundamental de 600 Hz quando são sub metidas a uma mesma tensão Que au mento relativo da tensão de uma das cor das faz com que haja 6 batimentos por segundo quando as duas cordas oscilam simultaneamente 17 Um ambulância cuja sirene emite um som com uma frequência de 1600 Hz passa por um ciclista que está a 2 44 ms Depois de ser ultrapassado o ciclista es cuta uma frequência de 1590 Hz Qual é a velocidade da ambulância 18 Um alarme acústico contra roubo con siste em uma fonte que emite ondas de frequência 0150 kHz Qual é a frequên cia de batimento entre as ondas da fonte e as ondas refletidas em um intruso ca minhando a uma velocidade média de 0950 ms afastandose diretamente do alarme 19 Um morcego está voando em uma ca verna navegando por meio de pulsos ul trassônicos Suponha que a frequência do som emitido pelo morcego seja de 39000 Hz Durante uma rápida arremetida em direção à superficie de uma parede plana o morcego se move com 0025 vez a ve locidade do som no ar Qual a frequência que o morcego escuta da onda refletida pela parede 20 Dois trens viajam um em direção ao outro a 305 ms em relação ao solo Um dos trens está apitando a 500 Hz a Que frequência é ouvida no outro tren se o ar estiver parado b Que frequência é ou vida no outro trem se o vento estiver so prando a 305 ms em direção do trem que apita c Que frequência é ouvida se o sentido do vento se inverter 21 A onda de choque produzida pelo avião da figura 6 tinha um ângulo de aproxima damente 60 O avião estava se movendo a 1350 kmh no momento em que a fo tografia foi tirada Qual era aproximada mente a velocidade do som na altitude do avião Figura 6 Problema 21 22 Um avião a jato passa sobre um pedes tre a uma altitude de 5000 m e a uma velocidade de Mach 15 a Determine o ângulo de cone de Mach a velocidade do som é 331 ms b Quanto tempo após o avião ter passado diretamente acima do pedestre ele é atingido pela onda de cho que Respostas Perguntas 1 C então A e B juntos 2 a 20 comprimentos de onda b 15 comprimentos de onda c totalmente construtiva e a totalmente destrutiva em b 3 150 Hz e 450 Hz 4 1 4 3 2 3 Problemas 1 a 26 km b 2 0 102 2 0144 MPa 3 407m 4 1 9 103 km 5 a 150 Pa b 158 Hz c 222 m d 350 ms 6 023 ms 7 412 rad 8 a 14 b 14 9 150 mW 10 a 1000 b 32 11 a 5 dB b 32 12 a 405 ms b 596 N c 440 cm d 373 cm 13 124 m 14 453 N 15 387 Hz 16 002 17 461 ms 18 155 Hz 19 41 kHz 20 a 598 Hz b 608 Hz c 589 Hz 21 3 3 102 ms 22 a 42 b 11 s 4